О прочности полимерных клеевых соединений деталей обуви Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 675.6.06

Г. И. Гарипова, Л. Л. Никитина О ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ ОБУВИ

Ключевые слова: детали обуви, клей, клеевые соединения, прочность, свойства клеевых соединений.

Рассмотрены современные клеи, применяемые в производстве обуви, клеевые соединения деталей обуви, факторы, влияющие на их прочность.

Keywords: footwear details, glue, glutinous connections, durability, properties of glutinous connections.

The modern glues applied in manufacture of footwear, glutinous connections of details of footwear, the factors influencing their durability are considered.

В производстве и ремонте обуви широкое применение нашли нитроцеллюлозные, казеиновые, декстриновые, мучные, каучуковые, перхлорвиниловые и полиизо - бутиленовые клеящие составы, а также поливинилацетат, полиамиды и полиуретаны. Кроме клеев из натурального каучука и гуттаперчи для склеивания деталей обуви применяют композиции на основе натрийбутадиенового, бутадиен-стирольного и некоторых других синтетических каучуков. Полиизобутиленовые клеи нашли применение для склеивания межподкладки, вкладной стельки, для обтяжки деревянного клиновидного каблука текстилем и при выполнении некоторых других вспомогательных операций. Клеи готовят как из полиизобутилена, так и из его смесей с натуральным каучуком.

Кроме клеев - растворов находят применение и клеящие пленки на основе синтетических каучуков, получаемые каландрованием. Известны пленки из синтетических каучуков и также из смесей термопрена с гуттаперчей. Пленки из синтетических каучуков применяются при производстве обуви методом горячей вулканизации.

Перхлорвиниловые клеи хорошо склеивают различные материалы, применяемые при изготовлении обуви. Клеи не вызывают усадки резиновой подошвы. Они обычно представляют собой растворы перхлорвиниловой смолы (20 - 29 вес. ч.) в смеси растворителей (бутилацетат, ацетон, бензин). Известны перхлорвиниловые клеи, содержащие добавки перекиси или гидроперекиси бензоила, а также йода и хлорного железа. Кроме того, перхлорвиниловые клеи, применяемые в производстве обуви, предложено пластифицировать нитрильным каучуком или наиритом.

Растворы поливинилацетата в этилацетате в сочетании с нитратом целлюлозы могут быть использованы для склеивания пористых и губчатых материалов.

Полиамидные клеи используются для склеивания материалов, применяющихся в производстве обуви. Склеивание производится без нагревания. Клеевые соединения на полиамидных клеях более прочны и эластичны, чем клеевые соединения на перхлорвиниловых и нитроцеллюлозных клеях. Для склеивания деталей обуви находят применение пленки или расплавы смешанных полиамидных или полиамидоэфирных смол.

Для склеивания верхних и нижних деталей обуви, для крепления подошвы к верху, для ремонтных работ и других целей используются метилолполиамидные клеи. В производстве обуви широко применяются клеи на основе хлоропренового каучука - наирита НТ.

В обувном производстве используют также клеи без растворителей на основе низкомолекулярных полиамидов. К ним добавляют эпоксидные смолы, канифоль, полиизобутилен. При применении термопластичных клеев требуется специальное оборудование для расплавления клея, нанесения его на склеиваемые детали и для прессования. Для приклеивания задников обуви используют водные дисперсии полиакриловой кислоты, поливинилацетата и сополимеров полиакриловой кислоты, а также полихлоропреновые латексы. Для приклеивания подошв к верху из поливинилхлоридной искусственной кожи применяется латекс сополимера хлоропрена и акрило-R нитрила.

На прочность клеевых соединений влияю разные факторы, многие из которых взаимозависимы.

В технологии вопрос о прочности клеевых соединений, как правило, рассматривается на феноменологическом уровне. При таком подходе целесообразно выделить ряд наиболее существенных факторов, на которые технолог может влиять непосредственно, например, изменяя состав, технологические параметры склеивания, конструктивные параметры клеевого соединения.

Прочность клеевых соединений главным образом определяется прочностью адгезионной связи и прочностью адгезива в клеевом соединении. Основным фактором, позволяющим изменять как адгезионную прочность, так и прочность адгезива в клеевом соединении, очевидно, является рецептурный. Варьируя компоненты в составе адгезива и их количество, можно менять в широких пределах и адгезионную, и когезионную прочность клеевых соединений.

Существенное значение имеет подготовка склеиваемых поверхностей. Другими важными факторами, влияющими на прочность клеевых соединений, являются реологические свойства клея, параметры (режимы) склеивания, механические свойства элементов клеевого соединения, параметры среды и воздействий, конструкция клеевых соединений и размеры элементов, время, прошедшее с момента получения клеевого соединения.

Реологические свойства клея. К этим свойствам относится, прежде всего, вязкость клея, как известно, зависящая от концентрации и температуры и обуславливающая его способность растекаться по поверхности субстрата (при условии смачивания). Существует оптимум вязкости, который может быть различным в зависимости от вида клея и его смачивающей способности по отношению к данному субстрату. Вообще при нанесении на склеиваемые поверхности клеев высокой вязкости обычно не обеспечивается достаточно хорошее их растекание, а значит, и достаточный контакт, а в итоге - адгезия. Для очень маловязких клеев вследствие малой их концентрации, как правило, требуется многократное нанесение, что усложняет технологический процесс. Сложности вызывает и получение клея малой вязкости путем нагрева его до высокой температуры.

Параметры (режимы) склеивания. На прочность клеевых соединений может влиять время сушки клея, нанесенного на субстрат (для клеев - растворов и клеев - дисперсий), время температура его термоактивации, время и давление прессования. Параметры склеивания должны выбираться, прежде всего, с учетом свойств адгезива. Более чувствительны к условиям склеивания, как правило, структурирующиеся адгезивы. Так при их использовании структурирование пленки может произойти еще до соединения склеиваемых поверхностей, если время сушки будет слишком длительным. Время и температура термоактивации взаимосвязаны, поскольку для перевода пленки адгезива на субстрате в вязкотекучее состояние требуется затратить определенное количество тепловой энергии. Время термоактивации, например, может составлять 2-3 мин при температуре на 10-20°С выше температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние и может равняться 2-4 с при температуре на 100-150 °С, превышающей температуру перехода.

Механические свойства элементов клеевого соединения. С увеличением жесткости субстрата или при постоянных размерах склейки - его модуля упругости прочность клеевых соединений увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением жесткости субстрата снижается концентрация напряжений в клеевом соединении. Менее отчетливо эта зависимость проявляется при испытании клеевых соединений на расслаивание, поскольку в этом случае напряжения локализованы в зоне разрыва и не распространяются на все клеевое соединение.

Параметры среды и воздействий. На прочность клеевых соединений наибольшее влияние из параметров среды оказывает температура. Зависимость прочности клеевых соединений от температуры, когда адгезив находится в высокоэластичном состоянии, носит четко выраженный экспоненциальный характер. Если в рассматриваемом интервале температур происходят существенные изменения молекулярной, либо надмолекулярной структуры адгезива, например, при переходе в стеклообразное состояние при плавлении кристаллических образований, переходе в вязкотекучее состояние клея-расплава, структурировании, кривые зависимости прочность-температура могут иметь скачкообразный

характер. По зависимости Р=^Т) в графическом или в цифровом виде можно получить информацию, необходимую для рационального выбора технологических параметров склеивания, таких как температура активации пленок адгезива, температура плавления клея-расплава, а также теплостойкость клеевых соединений. С увеличением скорости приложения нагрузки прочность клеевых соединений на основе адгезивов в высокоэластическом состоянии увеличивается не линейно, а по степенному закону.

Методы динамического утомления, при которых создаются жесткие условия работы клеевых соединений, например близкие к эксплуатационным для обуви, могут привести к ослаблению и даже разрушению клеевых соединений. Среди таких методов можно назвать цикловые испытания на изгиб с растяжением, цикловое сжатие. Особенно опасны для клеевых соединений ударные воздействия, даже малоцикловые, которые могут возникнуть, например, при ударе торца подошвы обуви о случайные препятствия. Место излома на кривой зависимости коэффициента усталости от числа циклов утомления определяется природой адгезива и условиями опыта. Работы по исследованию напряженного состояния клеевого крепления подошв обуви с помощью прямых измерений напряжений поляризационнооптическим методом на модельных образцах и непосредственно в обуви позволили рассчитать истинные напряжения, возникающие в клеевом соединении крепления подошвы, а по ним и усилия разрушения и таким образом определить научно-обоснованные нормативные значения прочности этих соединений для различных видов обуви с учетом размера, механических свойств и формы подошвы.

Конструкция клеевых соединений и размеры их элементов. Конструкция однотипных клеевых соединений влияет на их прочность, поскольку при равных условиях от нее зависит концентрация напряжений. Существенное влияние на прочность клеевых соединений оказывает толщина слоя адгезива. Достаточно общей закономерностью является снижение прочности по гиперболическому закону с увеличением толщины слоя адгезива. Исключение составляет лишь испытание на расслаивание, при котором с увеличением толщины в диапазоне малых толщин (иногда до 50-70 мкм) прочность сначала возрастает, а затем, пройдя максимум, начинает снижаться по общей закономерности.

Повышение прочности с увеличением толщины слоя адгезива в области малых толщин можно объяснить спецификой испытания, при котором с увеличением толщины существенно повышается деформационная и релаксационная способность адгезива, что и оказывает упрочняющий эффект. С некоторых значений толщины, когда адгезив в направлении перпендикулярном плоскости склеивания уже обладает достаточной деформационной способностью, этот фактор перестает доминировать. Снижение прочности с увеличением толщины слоя адгезива можно объяснять с позиций статистической теории прочности как проявление своего рода масштабного эффекта.

Прочность клеевых соединений изменяется во времени. Кинетическую кривую прочность - время условно можно разделить на три участка: участок формирования прочности, участок установившейся прочности и участок снижения прочности. При этом не накладывается никаких ограничений во времени.

При разработке состава клеев и технологии склеивания, при проектировании клеевых соединений деталей обуви при определении, какой прочностью должны обладать те или иные клеевые соединения, следует исходить из требований, предъявляемые к ним в соответствии с назначением.

Литература

1. Гарипова, Г.И. Современный метод повышения качества обувных материалов и изделий из кожи потоком неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления / Г.И. Гарипова [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №4. - С. 121 - 122.

2. Гарипова, Г.И. Анализ функциональных свойств полимерных клеевых соединений в обуви / Г.И. Гарипова [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №6. - С. 130 - 131.

© Г.И. Гарипова - канд. тех. наук, доц. каф. конструирования одежды и обуви КНИТУ; Л. Л. Никитина - канд. пед. наук, доц. той же кафедры, ov_stoyanov@mail.ru.